CN113767715A - 由激光产生的高亮度等离子体光源 - Google Patents

由激光产生的高亮度等离子体光源 Download PDF

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Abstract

提供了一种由激光产生的等离子体光源。所述由激光产生的等离子体光源包括：真空腔室(1)，其具有旋转靶材组件(2)，旋转靶材组件(2)在相互作用区(4)中提供靶材(3)，其中，脉冲激光束(8)聚焦到靶材上，靶材是在旋转靶材组件中实现的环形凹槽(6)的表面上的环形熔融金属层；输出光束(9)，其具有短波长辐射并且离开相互作用区；以及用于碎屑减少的器件，该器件包括刚性地安装成围绕相互作用区(4)且为固定式碎屑屏蔽件(24)，碎屑屏蔽件包括形成激光束(8)的入口的第一开口(25)和形成输出光束(9)的出口的第二开口(26)。

Description

由激光产生的高亮度等离子体光源
技术领域
本发明涉及由激光产生的高亮度等离子体(LPP)光源，其设计成产生波长为约0.4nm至200nm的软X射线、极紫外(EUV)和真空紫外(VUV)辐射，这能够高效地减少碎屑以确保光源及其集成设备的长期操作。应用包括软X射线和VUV计量、显微镜、生物医学和医学诊断、以及各种类型的控制，包括光刻EUV掩模检查。
背景技术
高强度软X射线(0.4nm-10nm)、EUV(10nm-20nm)和VUV(20nm-120nm)光源用于许多领域：显微镜、材料科学、生物医学和医学诊断、材料测试、晶体和纳米结构分析、原子物理和光刻。这些源是分析现代高技术生产基础的基础并且是开发新材料和基于新材料的产品的主要工具之一。
在使用由激光产生的等离子体的情况下，在这些光谱范围内的光生成是最有效的。近年来，它们的发展在很大程度上受到用于大规模制造具有10nm及以下节点的集成电路(IC)的投影极紫外(EUV)光刻技术的发展的刺激。
EUV光刻基于13.5nm+/-0.135nm范围内的辐射的使用，对应于多层Mo/Si镜的有效反射。IC的无缺陷控制是现代纳米光刻技术的最重要计量过程之一。光刻生产的总体趋势是从IC检查转向光刻掩模分析。掩模检查过程中最有效的方法是在相同的波长下进行光化辐射扫描，即辐射，其波长与光刻的工作波长一致，即所谓的光化检查。因此，光刻掩模无缺陷生产和操作的控制是光刻的关键问题之一，并且用于诊断光刻掩模的装置及其关键元件(高亮度光化源)的创建是开发EUV光刻的优先事项之一。
用于EUV光刻的辐射源使用由强激光系统(包括CO2激光器)产生的Sn等离子体。这种源的EUV辐射功率超过EUV掩模检查所需功率的的几个数量级。因此，由于过度的复杂性和成本，它们不能在掩模检查中使用。因此，需要其他方法来产生高亮度EUV源，以对EUV掩模进行光化检查。
从发布于2012年3月1日的美国专利US8344339中的方法之一得知，其提供了一种用于从激光产生的等离子体生成EUV辐射的已知装置，该装置包括：真空腔室，其容纳由形成等离子体的靶材材料制成的旋转杆；输入窗口，其供聚焦在激光束和靶材的相互作用区中的激光束输入；以及输出光束，其从朝向光学收集器的输出窗口射出的由激光产生的等离子体所产生。该产生EUV辐射的装置和方法的特征在于下述事实，即：锡(Sn)被用作最有效的等离子体形成靶材材料，并且除了旋转之外，所述杆还执行往复的轴向运动。然而，这些装置和方法具有许多缺点，包括在装置的长期连续操作期间，在脉冲之间，靶材的固体表面的轮廓不可再现，这影响了LPP光源的输出特性的稳定性。该设计的复杂性是另一缺点，这是因为靶材组件需要复杂运动及定期更换。在产生EUV辐射期间，会产生碎屑颗粒作为副产品，这会使光学器件表面退化。在这一源中产生的碎屑水平过高，会严重地限制了其应用的可能性。
在辐射源运行期间作为等离子体的副产品生成的碎屑可以是高能离子、中性原子或蒸气、和靶材材料簇的形式。
例如，发布于2013年8月28日的美国专利8519366公开了磁性减少技术被布置成施加磁场，从而减少带电的碎屑颗粒。在该专利中，用于在短波长辐射源的碎屑减少系统包括可旋转的箔捕集器和用于向箔捕集器供应缓冲气体的气体入口，使得靶材材料的中性原子和团簇被有效地减少。
于2013年4月3日公布的专利申请US 2013/0313423 Al，其公开了一种减少LPP光源的碎屑的方法，该方法包括：将电离等离子体射流引导穿过短波长束路径。等离子体使碎屑颗粒带电，之后脉冲电场使碎屑颗粒重新定向。该方法对于例如在使用氙作为靶材材料的LPP光源中减少碎屑颗粒的离子片段/蒸气片段是有效的。然而，在使用金属作为靶材材料的LPP光源中，对光学元件的主要威胁是碎屑颗粒的微滴片段，该方法对此无效。
所有上述用以构造等离子体光源以及针对碎屑减少技术的方法都未能高效地抑制碎屑颗粒的微滴片段。这使得集成了光源的设备的寿命由于其光学元件的早期污染而受到限制。
于2007年10月27日公布的美国专利7,302,043(一种用于减少碎屑颗粒的微滴片段的方法)中，提供了一种潜在的解决方案。该方法布置成应用旋转快门组件，该旋转快门组件构造成在第一旋转时段期间允许短波长辐射穿过至少一个孔口，并且此后在第二旋转时段期间使快门旋转以阻挡碎屑穿过至少一个孔口。然而，在紧凑的辐射源中使用这种减少碎屑的技术的复杂性使得它们在技术上太难实施。
从2018年2月20日发布的专利US9897930中已知的是，来自碳纳米管(CNT)的膜被用作光刻设备内的掩模表膜，其具有大于20nm的厚度和对EUV辐射的高透明度。它还提出了使用CNT膜作为EUV光刻源的碎屑捕获系统。
CNT膜的特征在于许多优点，包括低成本和高强度，这允许CNT膜以大(厘米级)尺寸自立地生产，如例如从M.Y.Timmermans等人的“Free-standing carbon nanotube filmsfor extreme ultraviolet pellicle application”，Journal of Micro/Nanolithography,MEMS,and MOEMS 17(4),043504(2018年11月27日)的出版物中已知的。
然而，CNT膜不太可能被用于捕获由EUV光刻源生成的碎屑颗粒，这是因为CNT膜很可能被这种强大的辐射破坏。对于较不强大的辐射源，也存在限制。正如研究表明的那样，具有大于300nm的微滴尺寸的小片段碎屑颗粒可以穿透CNT膜，因此仅通过使用CNT膜并不能确保LPP光源的纯度。
因此，需要改进的低碎屑高亮度LPP光源。
发明内容
因此，需要减少上述缺点中的至少一些缺点。特别地，需要一种改进的由激光产生的等离子体光源，其为紧凑的并且能够有效地、优选为几乎完全地减少在激光束的路径和短波长辐射的输出光束的路径中的碎屑颗粒的流动。
独立权利要求的特征满足了这种需要。从属权利要求对本发明的实施方式进行了描述。
根据本发明的一实施例，提供了一种由激光产生的等离子体光源，包括：真空腔室，该真空腔室具有旋转靶材组件，该旋转靶材组件将靶材供应到相互作用区中，其中，脉冲激光束聚焦到该靶材上，该靶材是设置在旋转靶材组件中的环形凹槽的表面上的熔融金属层；输出光束，该输出光束具有短波长(其也可以称为有用的短波长辐射光束)并且离开相互作用区；以及用于减少碎屑的器件。
由激光产生的等离子体光源的特征在于，用于减少碎屑的器件包括碎屑屏蔽件，该碎屑屏蔽件刚性地安装成围绕相互作用区，所述屏蔽件包括形成所述激光束的入口的第一开口和形成输出光束的出口的第二开口。碎屑屏蔽件特别地是固定的。换句话说，碎屑屏蔽件可以不与靶材组件一起旋转，而是固定成使得激光束和输出光束可以穿过第一开口和第二开口。
旋转靶材组件可以特别地相对于碎屑屏蔽件和激光束旋转。碎屑屏蔽件可以相对于激光束的路径是静止的。
在本发明的优选实施例中，熔融金属层通过离心力形成在环形凹槽的表面上，该表面面向旋转靶材组件的旋转轴线。因此，特别地，熔融金属层可以是环形熔融金属层。
输出光束可以由激光产生的等离子体发射，该等离子体由脉冲激光束与靶材材料之间的相互作用产生。
在一实施例中，旋转靶材组件的一部分制成呈盘的形式，所述盘具有呈环形阻挡件形式的周边部分，在环形阻挡件的内表面上存在环形凹槽，靶材位于该环形凹槽中。环形凹槽的表面可以面向旋转轴线。所述盘还可以具有环形凹陷部分和/或塔状部分。
环形凹槽可以具有成形为防止靶材材料在径向方向上以及在沿着旋转轴线的两个方向上喷射的表面轮廓。
在一实施例中，由激光产生的等离子体光源可以构造成操作旋转靶材组件，使得旋转速度足够高以使靶材的表面平行于或接近平行于旋转靶材组件的旋转轴线。
在一实施例中，环形凹槽的至少在相互作用区附近的表面相对于旋转靶材组件的旋转轴线倾斜，并且优选地是锥形表面。
在一实施例中，碎屑屏蔽件定位成在相互作用区附近与靶材的角扇区相对。
在一实施例中，碎屑屏蔽件呈圆形。
在一实施例中，狭缝间隙将屏蔽件与旋转靶材组件分开。
在本发明的一实施例中，碎屑屏蔽件中的第一开口和第二开口中的至少一者呈圆锥形。
在一实施例中，短波长辐射束的轴线以相对于旋转靶材组件的旋转平面的大于45°的角度定向。
在一实施例中，由激光产生的等离子体光源构造成操作旋转靶材组件以超过80m/s的线速度旋转。用于减少碎屑的器件还可以包括以下的一种或组合：保护气体流、静电和磁减少件、箔捕集器、和包含碳纳米管的膜。
在一实施例中，所聚焦的激光束的至少一部分和输出光束的至少一部分被其中供应保护气体流的壳体包围。壳体可以包括相应的气体入口，以提供相应的保护气体。
在一实施例中，输出光束包括波长在0.4nm至120nm范围内的光。输出光束可以特别包括软X射线、EUV和/或VUV辐射。
在一实施例中，熔融金属包括Sn、Li、In、Ga、Pb、Bi、Zn和/或其合金。
在一实施例中，感应加热系统用于启动靶材材料的熔融。
在一实施例中，由激光产生的等离子体光源包括喷嘴，所述喷嘴向相互作用区供应气体流，特别是高速气体流。
在一实施例中，喷嘴定位在第一开口中，并且激光束通过喷嘴被引导到相互作用区中。
在一实施例中，所述气体包括惰性气体。
在一实施例中，通向相互作用区的气体流的流速在60m/s至300m/s之间，并且其中，相互作用区内的气体压力在5mbar至200mbar之间。
在一实施例中，喷嘴定位在距相互作用区不超过2mm的距离处。
在一实施例中，朝向相互作用区的气体流以不超过45度的角度指向靶材的线速度的矢量。
在一实施例中，从相互作用区朝向碎屑屏蔽件中的第一开口和第二开口中的至少一者的方向与来自相互作用区的碎屑颗粒的液滴片段和/或离子片段/蒸气片段的主要输出的方向显著不同。
在一实施例中，相互作用区中的靶材的线速度的矢量在一平面上位于与碎屑屏蔽件中的第一开口和第二开口中的至少一者不同的侧上，所述平面穿过相互作用区和旋转轴线。换句话说，线速度的矢量可以指向远离碎屑屏蔽件中的第一开口和第二开口所在的平面的一侧。
在一实施例中，碎屑屏蔽件中的第一开口和第二开口中的至少一者的轴线以相对于相互作用区中的靶材表面的小于45°的角度定向。
根据另一实施例，靶材的线速度足够大、大于20m/s，以影响来自相互作用区的碎屑颗粒的微滴片段的主要输出的方向。
特别地，从相互作用区输出的短波长输出光束的方向可以不同于碎屑颗粒的微滴片段的主要输出的方向。
在一实施例中，由碳纳米管(CNT)制成的可替换膜或者CNT膜在短于20nm的波长范围内具有高透明度(大于50％)的透射，可替换膜安装在相互作用区的视线中，从而完全覆盖激光产生的等离子体光束的孔口。
在一实施例中，靶材材料是锡或其合金。旋转靶材组件构造成为靶材提供足够大(大于80m/s)的线速度，以抑制在CNT膜的方向上输出尺寸大于300nm的微滴，这些微滴能够穿透CNT膜。
在一实施例中，CNT膜涂覆在相互作用区的视线之外的一侧上。
在一实施例中，CNT膜用作具有高真空和中等真空的真空腔室的隔室之间的窗口。
在一实施例中，脉冲激光束由两部分组成：预脉冲激光束和主脉冲激光束，其参数被选择成以抑制碎屑颗粒的快离子片段。
在一实施例中，预脉冲激光束的能量与主脉冲激光束的能量的比率小于20％。预脉冲与主脉冲之间的时间延迟可以小于10ns。
在一实施例中，脉冲激光束的激光脉冲重复率足够高，以通过由激光产生的等离子体光(即，通过发射的短波长辐射)和由激光产生的等离子体通量两者来使得前一激光脉冲的碎屑颗粒的微滴片段被高效蒸发。
脉冲激光束的激光脉冲重复率可以是1MHz的量级，以蒸发尺寸高达0.1μm的微滴。
由激光产生的等离子体光源还可以包括配置成产生脉冲激光束的激光系统。
由激光产生的等离子体光源还可以包括用于收集输出光束的收集器镜。例如，CNT膜可以布置在相互作用区与收集器镜之间。
本发明的技术结果是：生成高亮度的X射线、EUV和VUV辐射源，并且能够高效地、深度地减少碎屑，其特征在于增加了使用寿命、易于操作和降低了操作成本。
应当清楚的是，上述实施例的特征可以彼此结合。特别地，应当理解的是，以上提及的特征和以下尚待解释的特征不仅可以在所指示的相应组合中使用，而且也可以在其他组合中使用或者单独使用，而不会脱离本发明的范围。
本发明的优点和特征将通过下面对其示例性实施方式的非限制性描述而变得更加明显，示例性实施方式将参照附图以示例的方式给出。
附图说明
参照附图对本发明的实施例进行说明，在附图中：
图1为根据一实施例的高亮度LPP光源的示意图；
图2为CNT膜的透射光谱；
图3为根据所述实施例的高亮度LPP光源的简化示意图；
图4为LPP光源中微滴减少的测试结果；
图5A、图5B、图5C为SEM图像，其证明在根据本发明的实施例制造的高亮度LPP光源中实现了碎屑减少效果；
图6、图7、图8为根据本发明实施例的由激光产生的高亮度等离子体光源的示意图；
图9A和图9B为旋转靶材组件2的旋转平面中的光源横截面和用于本发明的不同实施例的碎屑颗粒的液滴和离子片段/蒸气片段的相对扩展速度图；
图10、图11、图12示出了使用激光预脉冲的碎屑减少的示意图；
图13示出了由于激光脉冲的高重复率而导致的碎屑减少机构的图示。
在附图中，装置的对应元件具有相同的附图标记。
这些附图不涵盖、并且此外也不限制用于实施该技术方案的所有可选项，并且这些附图仅仅是实施该技术方案的特定情况的说明性示例。
具体实施方式
根据图1所示的本发明实施方式的示例，由激光产生的高亮度等离子体光源包括：具有旋转靶材组件2的真空腔室1，旋转靶材组件2将作为熔融金属层的靶材3提供到相互作用区4中。所述熔融金属层通过离心力形成在环形凹槽6的表面上，该环形凹槽6设置在旋转靶材组件中。由高脉冲重复率激光器或激光系统产生的激光束8聚焦在相互作用区4中的靶材上。激光器被安置在真空腔室外部，并且激光束8通过其输入窗口7被引入。聚焦的激光束8与靶材3在相互作用区4中的相互作用导致产生由靶材材料组成的高温等离子体。高温激光产生的等离子体(LPP)发射一个或更多个光谱范围内的光，包括VUV、EUV、软X射线、和波长为0.4nm至120nm的X射线。在旋转靶材组件的极限之外离开相互作用区的短波长辐射的输出光束9旨在用于与LPP光源集成的装置中。使用短波长辐射的设备可以包括收集器镜10，其位于真空腔室1的清洁光学隔室中。
在相互作用区4中生成作为副产品的碎屑颗粒，其包括靶材材料的微滴、蒸气和离子。为了确保高亮度LPP光源是清洁的，它包括用于减少碎屑的器件。优选地，它们包含围绕激光束8和输出光束9的壳体11、12；提供定向气体流的气体入口13；例如呈具有磁芯的永磁体14形式的磁场源；静电场源(未示出)；箔捕集器15。用于减少碎屑的器件可以特别地包括固定式碎屑屏蔽件，该固定式碎屑屏蔽件在图6至图9中未示出并且在下面进一步描述。
通过由靶材吸收的激光辐射的功率将靶材材料保持处于熔融状态。可以采用特殊的加热系统16，在该加热系统16中使用感应加热，使得靶材材料开始熔化。
旋转靶材组件2的一部分制成呈盘17的形式，该盘17固定至由旋转驱动器23驱动的旋转轴18。所述盘具有呈环形阻挡件19形式的周边部分。在环形阻挡件19的面向旋转轴线20的内部表面上存在环形凹槽6，其中靶材3位于该环形凹槽的面向旋转轴线20的表面上。如果靶材材料体积不超过凹槽的体积，则环形凹槽构型防止靶材3的材料沿径向方向和沿着旋转轴线20的两个方向喷射。
为了确保靶材表面的高稳定性，采用足够高的旋转频率f，由此离心力的作用使液态金属靶材3的表面平行于旋转轴线20，即，液态金属靶材3的表面基本上是圆柱形表面，其轴线与旋转轴线20重合，如图1所示。
由液态金属靶材3内的激光脉冲在从环形凹槽6的表面反射之后引起的冲击波可以在相互作用区中产生靶材表面的附加扰动。由于此，为了确保靶材表面在相互作用区中的高稳定性，环形凹槽的表面——至少在相互作用区附近——优选地相对于旋转轴线倾斜。
如图1所示，凹槽6的表面可以由面向旋转轴线20的锥形表面和两个径向表面形成(不限于此)。
为了控制从相互作用区4离开的微滴的方向，靶材的线速度应当相当高，大于20m/s。由于此，离开相互作用区4的微滴的主要方向变得接近切向。因此，为了抑制输出光束9和短波长辐射光束中的碎屑颗粒，其方向被选择为与微滴的主要输出的方向显著不同，这确保了LPP光源的纯度。
在本发明的优选实施例中，用于减少碎屑的器件包括可替换的CNT膜21，该可替换的CNT膜21在短于20nm的波长范围内具有高透明度(大于50％)，安装在相互作用区4的视线中并且完全覆盖输出光束9的孔口，如图1所示。
CNT膜是呈固定在框架上的自立式CNT膜形式的光学元件，其具有高强度、对波长短于20nm的辐射具有足够低的吸收并且可以被涂覆或填充以延长使用寿命或赋予其他性质。
为了改变CNT膜21，引入例如转塔或盒式类型的替换单元22，该替换单元22可以从真空腔室1的外部通过磁耦合、或者通过压盖、或者通过安装在真空腔室中的微型步进马达等等来驱动。
CNT膜优选地具有20nm-100nm范围内的厚度，这确保了其在短于20nm的波长范围内的高透明度，如图2所示，其示出了使用同步辐射测量的厚度为约100nm的CNT膜的透射光谱。可以看出，在该范围内，透明度超过75％，在13.5nm的波长下总计为约90％。同时，CNT膜可以用作光谱过滤器，其切断不需要的辐射(例如作为在相互作用区中散射的激光辐射的一部分)。
另外，CNT膜可以用作固体基底，在其上施加涂层，例如用作光谱纯度滤光片且与CNT膜相比更窄的金属箔。
高机械强度、超低透气性、高耐热性和高耐久性是CNT膜的无疑优点。
在CNT膜的一侧上，可以安置具有高——高达98％——几何透明度的支撑网格。在其他实施方式中，CNT膜可以安置在两个相同的网格之间，所述两个相同的网格具有高几何透明度(高达98％)并且定位成相对于彼此没有移位。它允许耐久性的增加而不显著降低透明度并允许CNT膜的面积的增加，从而降低其污染速率并增加其使用寿命。
由于其高强度和低渗透性，CNT膜可以例如在具有中等真空和高真空的真空腔室的隔室之间用作输出窗口或气锁。因此，图1示出了一种变型，在该变型中，CNT膜21用作LPP光源的输出窗口并用作壳体12与具有较高真空的真空腔室的清洁光学隔室之间的气门或气锁，收集器镜10安置在该真空腔室的清洁光学隔室中。
同时，借助于气体入口供应，惰性缓冲气体的保护流从CNT膜21和输入窗口7引导至相互作用区4。
图3示出了根据本发明的所述实施例的LPP光源的简化图。与图1所示的设计变型相比，激光束8和输出光束9位于穿过旋转轴线20和相互作用区4的所述平面的两侧。根据图3的LPP光源，其被用于测试碎屑减少措施。在输出光束9的路径上的测试期间，安装由镜面抛光硅(Si)制成的可替换的见证样品(未示出)。
特征测试参数如下：
靶材旋转半径为0.1m
线性靶材速度为20m/s至120m/s
从相互作用区到Si-见证样品的距离为0.44m
靶材为在高于120℃的温度下的共晶合金Sn/In
暴露时间为5小时或1.08·109个脉冲
激光器的波长、能量、持续时间和脉冲重复率分别为1.06μm、0.44mJ、1.85ns、60kHz。
使用扫描电子显微镜(SEM)来计算并确定沉积在见证样品的表面上的碎屑颗粒的数量和尺寸。
除了由于靶材的快速旋转引起的碎屑减少之外，还可以使用其他碎屑减少技术，诸如磁减少技术和保护缓冲气体流。
进行以下测试：
第1次测试:VR＝24m/s，不使用其他碎屑减少技术；
第2次测试:VR＝24m/s，使用其他碎屑减少技术；
第3次测试:VR＝120m/s，使用除CNT膜之外的其他碎屑减少技术；
第4次测试:VR＝120m/s，使用所有碎屑减少技术，包括CNT膜。
在前三个测试中，安装见证样品而不是CNT膜21，在第四个测试中，将见证样品紧密地安装在CNT膜21后面。
图4示出了在第1次测试、第2次测试和第3次测试中获得的微滴的数量和尺寸分布的测量结果。
第1次测试的结果表明，在没有其他碎屑减少技术的情况下，在低线速度下，直径大于300nm的微滴在见证样品上的Sn/In靶材材料的沉积中起主要作用。在长达一周的连续操作循环期间，所有尺寸的微滴将覆盖超过100％的测试样品表面。
第2次测试的结果表明，磁场和缓冲气体流的使用在抑制诸如离子和靶材材料蒸气之类的碎屑方面是高度有效的，而直径大于300nm的微滴的数量比第一次测试少大约50倍。结果的重新计算表明，对于长达一周的连续操作循环，所有尺寸的微滴将覆盖见证样品的表面的约4％。
第3次测试的结果表明，高(VR＝120m/s)靶材速度实际上完全消除了300+nm微滴。这一事实对于CNT膜用于最终输出光束清洁的高效使用是重要的。结果的重新计算表明，对于长达一周的连续操作循环，所有尺寸的微滴将仅覆盖见证样品的表面的约0.7％。
图5A、图5B、图5C示出了在第2次测试、第3次测试和第4次测试中获得的见证样品的SEM图像。在第4次测试中，条件与第3次测试中的条件相同，但是CNT膜21布置在见证样品的前面。可以看出，低速旋转导致样品的显著污染，如图5A所示。线性靶材速度从24m/s增加到120m/s将急剧增强碎屑的减少，如图5B所示。使用CNT膜时的测试结果表明，靶材材料的离子和蒸气不穿透CNT膜。只有约400nm和500nm尺寸的单个微滴穿透该膜，这表明最终的输出光束几乎是清洁的，如图5C所示。
第4次测试的另一结果是以下事实，即：在Si-见证样品上的微滴沉积比在CNT膜上的微滴沉积大45倍。这表明大多数微滴从CNT膜反射，这是由CNT膜的表面层的非润湿性质和高弹性引起的。因此，在CNT膜21上存在金属或其他这样的涂层的情况下，其优选位于相互作用区4的视线之外的一侧。
基于所进行的测试，估计大于300nm的微滴将以P>300不超过0.005(即P>300≤0.005)的概率穿透膜。测量的这种类型的微滴在CNT膜上的S沉积速率对应于每循环一周的连续操作的4·10-5个表面的覆盖。因此，对于CNT膜后面的镜10(图1)，由于这种尺寸的微滴的沉积而引起的反射率损失率被估计为每周连续操作S·P>300≤2·10-7％。换句话说，膜后面的镜表面的5％的劣化被估计为需要LPP光源的5·106个小时的连续操作。
直径小于300nm的P<300微滴穿过CNT膜的概率被估计为小至可忽略的P<300≤2·10-5。
在本发明的优选实施方式中，靶材材料是锡或其合金，并且基于结果，为了确保最终输出光束清洁，选择大于80m/s的线性靶材速度以抑制可以穿透CNT膜的、大于300nm的微滴的朝向CNT膜的产率。
在相对小的平均激光功率(24W)下，光谱带13.5+/-0.135nm中的EUV源亮度为B13.5＝60W/mm2·sr，并且可以通过增加激光功率容易地放大。
根据本发明，碎屑屏蔽件24可以另外用作碎屑减少装置之一，如图6所示的那样。碎屑屏蔽件24被刚性地安装，以便围绕相互作用区4；由此，所述屏蔽件包括形成激光束8的入口的第一开口25和形成输出光束9的出口的第二开口26。换句话说，碎屑屏蔽件24是静止的并且不与旋转靶材组件一起旋转。因此，便于将激光束8馈送通过碎屑屏蔽件24并且将输出光束9耦合穿出碎屑屏蔽件24。
在图6所示的本发明的实施例中，碎屑屏蔽件24位于与靶材3的角扇区相对的相互作用区4附近，并且通过端部上的狭缝间隙27、28与靶材3的角扇区分离。在其他实施例中，屏蔽件24可以是圆形的。
屏蔽件24的可用性使得从旋转靶材组件输出的碎屑颗粒以及它们在从相互作用区输出之后返回到凹槽6中的数量大大减少。为了更深层地减少碎屑，屏蔽件24借助于狭缝间隙27、28与旋转靶材组件2分离(图6)。在这种情况下，靶材位于由凹槽6的表面和屏蔽件24的表面形成的基本上封闭的腔29中。在相互作用区4中伴随着辐射生成的碎屑颗粒可以仅通过两个小开口25、26离开腔29。
在本发明的实施例中，屏蔽件24中的第一开口25和第二开口26设计成呈圆锥形，并且圆锥形开口的顶点位于相互作用区4中。这允许使开口25、26的孔口最小化，以便更有效地将碎屑颗粒捕获在腔29中。
根据本发明，为了确保激光能量转换为0.4nm至200nm范围内的不同波长的输出辐射的高转换效率，靶材材料优选地选自由以下无毒可熔金属组成的集合，包括Sn、Li、In、Ga、Pb、Bi、Zn及其合金。
为了获得超过20nm波长范围内的辐射，将不使用CNT膜，这是因为其在所述范围内的透明度随着辐射波长的增加而显著下降。
优选地，靶材线速度超过80m/s。与较低的线速度相比，这允许显著地(以数量级)减少碎屑颗粒的液滴片段朝向屏蔽件24中的开口25、26从旋转靶材组件喷出。
在本发明的实施例中，其中一个实施例如图7示意性地示出，为了确保碎屑颗粒的离子片段/蒸气片段的更多地减少，喷嘴30被引入并设计成形成将被引导到相互作用区4中的高速气体流。
如图7中示意性地示出，锥形壳体11的通过屏蔽件开口25进入腔29的部分可以用作喷嘴30。在本发明的这些实施例中，聚焦激光束8通过喷嘴30被引导到相互作用区4中。因此，确保了在激光束8的路径中碎屑颗粒的离子片段/蒸气片段的深度减少。
在本发明的其他实施例中，引导到相互作用区4中的高速气体流可以由单独定位的喷嘴30形成，如图8所示。
氩气或其他惰性气体及其混合物优选地用于通过喷嘴30吹送气体。当引导到相互作用区4中的保护性缓冲气体流的速度在60m/s与300m/s之间并且其压力为5mbar至200mbar时，确保了碎屑颗粒的离子片段/蒸气片段的有效减少。为了确保上述气体流参数，喷嘴优选地位于距相互作用区4小于一定的距离处(不超过2mm)。在图8所示的本发明的实施例中，碎屑屏蔽件24呈圆形。
根据一实施例，用于减少激光束8和输出光束9的路径中的碎屑的另外的器件包括由激光产生的等离子体光源，其配置成使得来自相互作用区的碎屑颗粒的主要输出的方向与朝向碎屑屏蔽件24中的开口25、26的方向显著不同。
在图9A和图9B中，对于没有喷嘴(图9A)和具有喷嘴(图9B)的本发明的实施方式，示意性地示出了穿过相互作用区的旋转平面中的LPP光源横截面。此外，示意性地示出了碎屑颗粒的液滴片段31和碎屑颗粒的离子片段/蒸气片段32的扩散速度图。由于这两个片段的速度可以相差接近一个数量级，因此呈现了其中相对于它们的最大速度值的图。
如图9A可以看到的，碎屑颗粒31的相对慢的液滴片段的主要扩散方向在相互作用区中朝向靶材线速度VR的矢量33偏离。因此，作为用于碎屑减少的器件之一，使用的光源配置为，其中在相互作用区中的靶材线速度的矢量33以及屏蔽件24中的第一开口25和第二开口26中的至少一者优选地位于穿过相互作用区4和旋转轴线20的平面34的不同侧上。
如图9A所示，线性靶材速度VR对碎屑颗粒的离子片段/蒸气片段32的扩散方向几乎没有影响。从相互作用区4扩散的离子和蒸气的方向位于圆锥形区域32中，圆锥形区域32的轴线沿着法向矢量指向相互作用区4中的靶材表面，并且顶角不超过90°。因此，在本发明的实施方式中，用作用于碎屑减少的器件之一的光源被配置为，其中的辐射束轴线7、8中的至少一者或开口25、26中的至少一者以小于45度的角度指向相互作用区中的靶材表面。在图6、图7、图8中示出了本发明的这些实施例，其中，输出光束轴线以及对应地第二开口26的轴线以相对于旋转靶材组件2的旋转平面的超过45°的角度定向并且以相对于相互作用区中的靶材表面的小于45度的角度定向。
在图9B所示的本发明的实施例中，离开喷嘴30的气体流以相对于靶材线速度VR的矢量33(即，与切向矢量)的不超过45度的角度被引导到相互作用区4中。由于此，来自相互作用区的离子片段/蒸气片段32的主要输出的方向也朝向靶材线速度VR的矢量33偏离，并且液滴片段31不被引导朝向碎屑屏蔽件24中的第一开口25和第二开口26。
本发明的以下实施方式集中于进一步改进用于碎屑减少的器件的复杂性。
在本发明的一实施例中，如图10所示，激光束8由两部分组成：具有相对低能量的预脉冲激光束和主脉冲激光束，主脉冲激光束相对于预脉冲延迟一段时间。根据本发明，激光脉冲参数被选择成可减少碎屑粒子的快离子的片段。
使用RZLINE代码进行计算建模。在一个特定情况下，预脉冲中的激光能量是0.4mJ，主脉冲中的能量是4mJ，它们之间的延迟是5ns，激光光斑的尺寸是70μm，激光辐射的波长是1μm，并且靶材材料是tin。对于这种情况，图11示出了靶材材料的蒸气密度沿着激光束的光轴的分布，其由激光预脉冲在6ns的时间产生。波长为约1μm的激光束以～3·1019cm3的原子密度，即，在由预脉冲在靶材表面处产生的原子云内被吸收。这意味着从该点膨胀的等离子体遇到距靶材更远的原子，从而降低其速度并损失动能。
在激光脉冲开始之后6ns在正交于靶材表面的方向上得到的离子能量分布在图12中示出。不同情况下的模拟结果已经给出：没有预脉冲和具有延迟5ns的不同能量的预脉冲。图12示出了预脉冲的存在导致离子的最大能量降低若干倍。在所考虑的情况下，在5ns的延迟下0.2mJ的预脉冲能量是最佳的。通常，优选的是，预脉冲激光束的能量与主脉冲激光束的能量的比率小于20％，并且预脉冲与主脉冲之间的时间延迟小于10ns。
根据本发明的另一实施例，选择足够高的激光脉冲重复率，以通过短波长辐射和激光产生的等离子体通量两者来高效蒸发前一脉冲的碎屑颗粒的微滴片段，如图13所示。根据本发明的该实施例，在足够高的脉冲重复率下，来自前一脉冲的碎屑颗粒的微滴片段没有时间飞离距相互作用点足够的距离，使得来自下一脉冲的短波长辐射和等离子体流将有效地蒸发它。
将激光脉冲重复率表示为f，平均激光功率表示为P，并且用于产生短波长辐射和等离子体通量的激光能量的一部分表示为χ，液滴速度表示为Vd，靶材原子激励能量表示为Es，并且靶材原子密度表示为Nt，直径为d的微滴的蒸发条件可以记为：
Figure BDA0003321682100000131
其中Q＝P/f·χ，作为以短波长辐射和等离子体通量的形式呈现出的一个激光脉冲所发射的能量；L＝Vd/f为两个脉冲之间的液滴行进的距离。根据(1)遵循对激光频率的限制：
Figure BDA0003321682100000132
对液体Sn-靶材的参数进行合理估计：Nt＝3.5·1022cm3，Es＝3·1.6·10-19J/atom，P＝103W，χ～0.5，Vd＝3·104cm/s，将具有：
f＞1011d[cm]sec-1
特别地，这意味着，在激光脉冲重复率f＞106sec-1＝1MHZ，可以蒸发直径d高达0.1μm＝10-5cm的微滴。如从图4看到的，大部分液滴的特征在于小于0.1微米的尺寸。因此，超过1MHz的激光脉冲的高重复率能够深度抑制碎屑颗粒的液滴片段。
由激光产生的高亮度等离子体光源如下所述操作并由图1、图6、图7和图8示出。
使用无油真空泵系统(未示出)将真空腔室1抽空至低于10-5mbar-10-8mbar的压力。同时，移除能够与靶材材料相互作用的气体组分，比如氮、氧、碳等。在光源通电之后，使用可以采用感应加热的固定加热系统16将靶材材料转换为熔融状态。
使用旋转驱动单元23——例如具有磁耦合的电动马达——来致动旋转靶材组件2，这确保真空腔室1的清洁度。在离心力的作用下，靶材3在环形凹槽6的面向旋转轴线20的表面上形成为熔融金属层。
将靶材3暴露于具有高脉冲重复率的聚焦激光束8，该高脉冲重复率可以在1kHz至大于1MHz的范围内。通过激光束8将靶材材料加热到形成等离子体的温度来产生短波长辐射。由激光产生的等离子体发射短波长范围内的光，所述短波长包括0.4nm至120nm的波长。根据焦点和靶材材料中的激光辐射功率密度，短波长辐射主要在软X射线(0.4nm-10nm)和/或EUV(10nm-20nm)和/或VUV(20nm-120nm)范围内产生。
旋转靶材组件2与固定水冷式热交换器(未示出)之间的窄(～0.2mm-0.4mm)间隙确保了靶材的热传递，气体在～1毫巴的压力下通过该固定水冷式热交换器吹送。气体传导性和接触面积足以移除这种冷却类型的高达1.5kW的热功率。同时，其他冷却方法可以用于旋转靶材组件2。
输出光束9从在相互作用区4中产生的高温激光产生的等离子体中出来，优选地，经由安装在相互作用区4的视线区域中并且与输出光束9的孔口完全重叠的CNT膜21出来。CNT膜21由于其在低于20nm的波长范围内具有高(>50％，优选地80％-90％)透明度而确保了短波长辐射的输出。同时，CNT膜21防止碎屑颗粒穿过，这确保了在通向收集器镜10的路径中的碎屑能够深度地减少。
碎屑颗粒的液滴片段的抑制技术的重要组成部分是使用靶材的高线速度，其向液滴提供显著的切向速度分量。这允许将大部分微滴重定向在激光光束7和输出光束8的光轴的侧面。在一实施例中，靶材材料是锡(Sn)或其合金。使用Sn或Sn合金优选地用于在13.5nm处实现高亮度，同时在EUV光刻的制造和计量过程中使用的13.5nm+/-0.135nm光谱带内具有激光能量转换为带内EUV能量的高转换效率(CE13.5)。对于Sn靶材，液滴的最大铺展速度小于100m/s。因此，在本发明的实施方式中使用超过80m/s的靶材线速度，如通过计算和测量所证明的，这实现了碎屑颗粒的液滴片段的高效减少。
根据本发明，相互作用区4被固定式(不旋转)碎屑屏蔽件24覆盖，该碎屑屏蔽件24通过最小狭缝间隙27、28与旋转靶材组件分开，并且在靶材3周围形成基本上封闭的腔29，该腔仅具有用于激光光束7和输出光束8的两个开口25、26。由于液滴速度矢量主要沿着靶材线速度的矢量指向远离开口25、26的事实，碎屑颗粒的液滴片段的最大部分在多次从腔29的壁反弹之后仍保留在其内部。同时，确保了碎屑颗粒的最大部分返回到环形凹槽6中，这是因为相互作用区附近的碎屑屏蔽件24的温度借助相互作用区4中产生的等离子体和辐射而保持在靶材材料熔化温度之上。
根据一实施例，以与旋转平面成超过45°的角度从相互作用区输出短波长辐射将有助于把碎屑颗粒的液滴片段的流动减少若干倍，并且将离子片段/蒸气片段的流动降低一个数量级。发生这个现象是因为从相互作用区扩散的碎屑颗粒的指示物是不均匀的。同时，在这些角度下的短波长辐射的强度相对于0°至45°范围内的发射角变化不大。
在本发明的实施例中，使用从喷嘴30流出的高速气体流。它可以基本上是如图7所示的包围激光束的壳体18的一部分或者是如图8、图9B所示的单独装置。
在本发明的实施例中，气体流通过喷嘴30以相对于靶材3的线速度矢量33的不超过45度的小角度被引导到相互作用区4中，如图8、图9B所示。
喷嘴30位于相互作用区附近1mm-2mm的小距离处，使得气体射流具有相对于与从相互作用区扩散的等离子体和蒸气的动量值相当的动量值。由于与气体射流相互作用，离子和蒸气扩散的主要方向从原始方向偏转，并且污染物流不被引导朝向激光光束7和输出光束8的路径。一方面，气体流中的压力必须足够高以有效地偏转扩散的等离子体和蒸气，并且另一方面，它必须不超过在相互作用区4附近观察到过高(超过20％)短波长辐射吸收的压力。如通过评估所证明的，如果确保真空腔室1抽空的适当速度，则实现这种折衷。
在本发明的优选实施例中，在围绕激光束8的一部分和输出光束9的一部分的固定壳体11、12中，使用气体入口13，在CNT膜21与输入窗口7之间朝向相互作用区4连续吹送保护性缓冲气体，如图1、图6所示。气体流保护输入窗口7和CNT膜21免受碎屑颗粒的离子片段/蒸气片段的影响，从而将碎屑颗粒沉积在壳体11、12或箔捕集器15的壁上，如图1、图6所示。
带电粒子也使用由位于壳体11、12的外表面上的永磁体14产生的磁场而沉积在壳体11、12的表面和箔捕集器15的表面上。磁场优选地定向成与输出光束9的轴线和激光束8的轴线交叉，这允许带电粒子从直线运动偏转到CNT膜21和输入窗口7。这有助于在更换之前增加CNT膜21和输入窗口7的寿命。
总的来说，根据本发明的实施例，使用一种或更多种碎屑减少技术以确保LPP光源的高清洁度，比如为磁减少、保护气体流、箔捕集器15、包括碳纳米管的可替换膜21、碎屑屏蔽件24、向相互作用区4供应高速气体流的喷嘴30、激光预脉冲和大约100kHz或1MHz的高激光脉冲重复率。应当清楚的是，这些减少技术中的每一种减少技术可以单独使用，或者可以组合这些减少技术中的两种或更多种减少技术。
因此，本发明的实施例允许产生具有最高亮度、长寿命和高易用性的低碎屑软X射线、EUV和VUV辐射源。
本文公开的主题的特定方面在以下编号的条款中阐述。本公开或任何分案申请的权利要求可以针对这些方面中的一个或更多个方面。
1.一种高亮度短波长辐射源，包括：真空腔室，所述真空腔室具有旋转靶材组件，所述旋转靶材组件将靶材供应到相互作用区中；能量束，所述能量束聚焦在所述相互作用区中的所述靶材上；以及从所述相互作用区出来的有用的短波长辐射束，其中，所述旋转靶材组件由环形凹槽制成，所述靶材是一层靶材材料为熔融金属的层，其通过离心力形成在所述环形凹槽的面向旋转轴线的表面上，并且所述能量束是脉冲激光束或电子束。
2.根据条款1所述的源，其中，所述旋转靶材组件是具有呈环形阻挡件形式的周边部分的盘，在所述环形阻挡件的面向所述旋转轴线的内表面上存在所述环形凹槽，所述环形凹槽具有防止所述靶材材料沿径向方向和沿着所述旋转轴线的两个方向上释放的表面轮廓。
3.根据条款1所述的源，其中，所述短波长辐射通过所述能量束将所述靶材材料加热至等离子体形成温度而产生。
4.根据条款1所述的源，其中，所述能量束是所述电子束，所述旋转靶材组件是电子枪的旋转阳极，并且所述短波长辐射是由所述靶材的电子轰击产生的X射线辐射。
5.根据条款1所述的源，其中，所述靶材材料选自可熔金属，所述可熔金属包括Sn、Li、In、Ga、Pb、Bi、Zn及其合金。
6.根据条款1所述的源，还包括由碳纳米管或CNT膜制成的可替换膜，所述可替换膜安装在所述相互作用区的视线中，从而完全覆盖所述短波长辐射束的孔口。
7.一种高亮度短波长辐射源，包括：真空腔室，所述真空腔室具有旋转靶材组件，所述旋转靶材组件将靶材供应到与相互作用区中，其中，脉冲激光束聚焦到所述靶材上，作为靶材材料的所述靶材是一层熔融金属层，所述层通过离心力形成在环形凹槽的表面上，所述环形凹槽设置在所述旋转靶材组件中；以及用于碎屑减少的器件，所述器件位于短波长辐射束输出的路径上，其中，所述靶材的线速度足够高，大于20m/s，以影响来自所述相互作用区的碎屑颗粒的微滴片段的主要输出的方向，从所述相互作用区输出的短波长光束的方向与碎屑颗粒的微滴片段的主要输出的方向不同，由碳纳米管(CNT)制成的可替换膜或者CNT膜在短于20nm的波长范围内具有大于50％的高透明度透射，所述可替换膜安装在所述相互作用区的视线中，从而完全覆盖所述短波长辐射束的孔口。
8.根据条款7所述的源，其中，所述靶材材料是锡或其合金，所述靶材的线速度足够大、大于80m/s，以抑制在所述CNT膜的方向上输出尺寸大于300nm的微滴，所述微滴能够穿透所述CNT膜。
9.根据条款6所述的源，其中，还使用一种或更多种碎屑减少技术，例如静电减少和磁减少技术、保护气体流和箔捕集器。
10.根据条款7所述的源，其中，所述CNT膜被涂覆在所述相互作用区的视线之外的一侧上。
11.根据条款7所述的源，其中，所述CNT膜用作具有高真空和中等真空的所述真空腔室的隔室之间的窗口。
12.根据条款7所述的源，其中，所述脉冲激光束由两部分组成：预脉冲激光束和主脉冲激光束，所述预脉冲激光束的参数和所述主脉冲激光束的参数选择成便于抑制所述碎屑颗粒的快离子片段。
13.根据条款12所述的源，其中，所述预脉冲激光束的能量与所述主脉冲激光束的能量的比率小于20％，并且所述预脉冲与所述主脉冲之间的时间延迟小于10ns。
14.根据条款7所述的源，其中，激光脉冲重复率足够高，以通过短波长辐射和激光产生的等离子体通量两者来高效蒸发前一脉冲的碎屑颗粒的微滴片段。
15.一种具有旋转阳极的高亮度X射线源，包括：真空腔室，在所述真空腔室中，由电子枪产生的电子束被引导至具有靶材的相互作用区，所述靶材是通过离心力形成在所述旋转阳极的环形凹槽的表面上的熔融金属层。
16.根据条款15所述的源，包含用于碎屑减少的器件。
17.根据条款16所述的源，其中，CNT膜安装在X射线束输出的路径上。
18.根据条款15所述的源，其中，所述旋转阳极配备有液体冷却系统。
19.根据条款15所述的源，其中，所述电子束在所述靶材上的焦点的尺寸小于50微米。
20.根据条款15所述的源，其中，所述靶材的线速度大于80m/s。
21.一种由激光产生的等离子体光源，包括：真空腔室，所述真空腔室具有旋转靶材组件，所述旋转靶材组件在相互作用区中提供靶材，其中，激光束聚焦在所述靶材上，所述靶材是熔融金属；有用的短波长辐射束，所述短波长辐射束离开所述相互作用区；以及用于碎屑减少的器件，其特征在于，碎屑屏蔽件刚性地安装成围绕所述相互作用区，所述屏蔽件包括形成所述激光束的入口的第一开口和形成所述短波长辐射束的出口的第二开口。
22.根据条款21所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述靶材是熔融金属层，所述熔融金属层通过离心力形成在环形凹槽的面向旋转轴线的表面上，所述环形凹槽设置在所述旋转靶材组件中。
23.根据条款21所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述碎屑屏蔽件呈圆形。
24.根据条款21所述的由激光产生的等离子体光源，其中，狭缝间隙将所述屏蔽件与所述旋转靶材组件分开。
25.根据条款21所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述碎屑屏蔽件中的所述第一开口和所述第二开口中的至少一者呈圆锥形。
26.根据条款21所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述短波长辐射束的轴线以相对于所述旋转靶材组件的旋转平面的大于45°的角度定向。
27.根据条款21所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述旋转靶材组件以超过80m/s的线速度使所述靶材旋转，并且另外使用一种或更多种碎屑减少技术比如保护气体流、静电和磁减少技术、箔捕集器和包括碳纳米管的膜。
28.根据条款21所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述聚焦激光束的至少一部分和所述短波长辐射束的至少一部分被壳体包围，在所述壳体中供应保护气体流。
29.根据条款21所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述短波长辐射束包括波长在0.4nm至120nm范围内的光。
30.根据条款21所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述熔融金属包括Sn、Li、In、Ga、Pb、Bi、Zn和/或其合金。
31.根据条款21所述的由激光产生的等离子体光源，还包括向所述相互作用区供应高速气体流的喷嘴。
32.根据条款31所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述喷嘴定位在所述第一开口中，并且所述激光束通过所述喷嘴被引导到所述相互作用区中。
33.根据条款31所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述气体包括惰性气体。
34.根据条款31所述的由激光产生的等离子体光源，其中，通向所述相互作用区的气体流的流速在60m/s与300m/s之间，并且其中，所述相互作用区内的气体压力在5mbar至200mbar之间。
35.根据条款31所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述喷嘴定位在距所述相互作用区的不大于2mm的距离处。
36.根据条款31所述的由激光产生的等离子体光源，其中，朝向所述相互作用区的气体流以不超过45度的角度指向所述靶材的线速度的矢量。
37.根据条款21所述的光源，其中，从所述相互作用区朝向所述碎屑屏蔽件中的所述第一开口和所述第二开口中的至少一者的方向与来自所述相互作用区的碎屑颗粒的液滴片段和/或离子片段/蒸气片段的主要输出的方向显著不同。
38.根据条款36所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述相互作用区中的所述靶材的所述线速度的所述矢量和所述碎屑屏蔽件中的所述第一开口和所述第二开口中的至少一者定位在穿过所述相互作用区和旋转轴线的平面的不同侧上。
39.根据条款36所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述碎屑屏蔽件中的所述第一开口和所述第二开口中的至少一者的轴线以相对于所述相互作用区中的靶材表面的小于45°的角度定向。
虽然本文公开了具体的实施方式，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。本实施方式在所有方面都被认为是说明性的和非限制性的，并且落入所附权利要求的含义和等同范围内的所有改变都旨在包含在其中。
工业适用性
所提出的装置被设计用于许多应用，包括显微镜、材料科学、材料诊断、生物医学和医学诊断、纳米结构和微米结构的检查，其中，纳米结构和微米结构的检查包括光刻EUV掩模的光化检查。

Claims (33)

1.一种由激光产生的等离子体光源，包括：
真空腔室(1)，所述真空腔室(1)具有旋转靶材组件(2)，所述旋转靶材组件(2)在相互作用区(4)中提供靶材(3)，其中，脉冲激光束(8)聚焦到所述靶材上，所述靶材是设置在所述旋转靶材组件中的环形凹槽(6)的表面上的环形熔融金属层；
输出光束(9)，所述输出光束(9)具有短波长辐射并且离开所述相互作用区；以及
用于碎屑减少的器件；
其特征在于，
所述用于碎屑减少的器件包括碎屑屏蔽件(24)，所述碎屑屏蔽件(24)刚性地安装成围绕所述相互作用区(4)，所述碎屑屏蔽件包括形成所述激光束(8)的入口的第一开口(25)和形成所述输出光束(9)的出口的第二开口(26)，所述碎屑屏蔽件(24)是固定的。
2.根据权利要求1所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述熔融金属层通过离心力形成在所述环形凹槽的所述表面上，所述表面面向所述旋转靶材组件的旋转轴线。
3.根据权利要求1或2所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述旋转靶材组件的一部分被制成呈盘(17)的形式，所述盘(17)具有呈环形阻挡件(19)形式的周边部分，其中，所述环形凹槽被设置在所述环形阻挡件的面向所述旋转靶材组件的所述旋转轴线的表面上，其中，所述靶材位于所述环形凹槽(6)中。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述旋转靶材组件构造成使得在操作中所述靶材的表面由于离心力而基本上平行于所述旋转靶材组件的所述旋转轴线。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述环形凹槽具有防止靶材材料沿径向方向以及沿着所述旋转轴线的两个方向喷射的表面轮廓。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述环形凹槽的至少在所述相互作用区附近的表面相对于所述旋转靶材组件的所述旋转轴线倾斜，并且优选地是锥形表面。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述靶材的线速度足够高，大于20m/s，以影响来自所述相互作用区的碎屑颗粒的微滴片段的主要输出的方向。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述碎屑屏蔽件(24)定位成在所述相互作用区(4)附近与所述靶材(3)的角扇区相对。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述碎屑屏蔽件(24)呈圆形。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，狭缝间隙(27、28)将所述屏蔽件与所述旋转靶材组件分开。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述碎屑屏蔽件中的所述第一开口和所述第二开口中的至少一者呈圆锥形。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述输出光束的轴线以相对于所述旋转靶材组件的旋转平面的大于45°的角度定向。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所聚焦的激光束(8)的至少一部分和所述输出光束(9)的至少一部分被壳体(11、12)包围，所述壳体(11、12)各自构造成设置有保护气体流。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述输出光束包括波长在0.4nm至120nm范围内的光。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述熔融金属包括Sn、Li、In、Ga、Pb、Bi、Zn和/或其合金。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，还包括配置成使所述靶材材料开始熔化的感应加热系统(16)。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，还包括构造成向所述相互作用区供应气体流的喷嘴(30)。
18.根据权利要求17所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述喷嘴定位在所述第一开口中，并且所述激光束通过所述喷嘴(30)被引导到所述相互作用区中。
19.根据权利要求17或18所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述气体包括惰性气体。
20.根据权利要求17至19中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，通向所述相互作用区的所述气体流的流速在60m/s至300m/s之间，并且其中，所述相互作用区内的气体压力在5mbar至200mbar之间。
21.根据权利要求17至20中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述喷嘴定位在距所述相互作用区不大于2mm的距离处。
22.根据权利要求17至21中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，朝向所述相互作用区(4)的气体流(31)以不超过45度的角度指向所述靶材的线速度的矢量(33)。
23.根据前述权利要求中的任一项所述的光源，其中，所述第一开口和所述第二开口布置在所述碎屑屏蔽件中，使得从所述相互作用区朝向所述碎屑屏蔽件中的所述第一开口(25)和所述第二开口(26)中的至少一者的方向与来自所述相互作用区的碎屑颗粒的液滴片段(31)和/或离子片段/蒸气片段(32)的主要输出的方向显著不同。
24.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述第一开口和所述第二开口布置在所述碎屑屏蔽件中，使得：相对于穿过所述相互作用区(4)和所述旋转轴线(20)的平面(34)，所述碎屑屏蔽件中的所述第一开口和所述第二开口(25、26)中的至少一者位于所述平面的一侧，并且所述相互作用区中的所述靶材的所述线速度的所述矢量(33)指向远离所述平面的所述一侧。
25.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述碎屑屏蔽件中的所述第一开口和所述第二开口中的至少一者的轴线以相对于所述相互作用区中的靶材表面的小于45°的角度定向。
26.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，还包括由碳纳米管CNT制成的可替换膜(21)，所述可替换膜(21)在短于20nm的波长范围内具有大于50％的高透明度透射，所述可替换膜(21)安装在所述相互作用区的视线中，从而完全覆盖所述输出光束(9)的孔口。
27.根据权利要求26所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述靶材材料是锡或其合金，其中，所述旋转靶材组件构造成提供所述靶材大于80m/s的足够大的线速度，以抑制在所述CNT膜的方向上输出尺寸大于300nm的靶材材料的微滴，所述微滴能够穿透所述CNT膜。
28.根据权利要求26或27所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述CNT膜涂覆在所述相互作用区的视线之外的一侧上。
29.根据权利要求26至28中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述CNT膜用作具有高真空和中等真空的所述真空腔室的隔室之间的窗口。
30.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述脉冲激光束由两部分组成：预脉冲激光束和主脉冲激光束，所述预脉冲激光束的参数和所述主脉冲激光束的参数选择成以抑制所述碎屑颗粒的快离子片段。
31.根据权利要求30所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述预脉冲激光束的能量与所述主脉冲激光束的能量的比率小于20％，并且/或者所述预脉冲与所述主脉冲之间的时间延迟小于10ns。
32.根据前述权利要求中的任一项所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述脉冲激光束的激光脉冲重复率配置成足够高，以通过短波长辐射和激光产生的等离子体通量两者来蒸发由前一激光脉冲产生的碎屑颗粒的微滴片段。
33.根据权利要求32所述的由激光产生的等离子体光源，其中，所述脉冲激光束的所述激光脉冲重复率为1MHz的量级，以蒸发尺寸高达0.1μm的微滴。
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